基本螺栓扭紧策略

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1、螺栓拧紧的基本技术,几个基本概念,3,A joint 连接,3,在工业领域大量采用优于其它的连接方法,4,Torque definition 扭矩的定义,4,5,扭矩的物理定义,臂长,力,1 m,Torque 扭矩=臂长 x 力 1m x 1kg = 1kgm =9.8 Nm,答案：简单来说就是拧紧过程作用力与作用距离的乘积。,6,Minimum torque 最小扭矩,最小扭矩需求,部件之间的夹紧力必须大于其外部负载。,还需留有安全余量，考虑: 振动 摩擦力的变化 材料的尺寸 扭紧的精度,6,7,Maximum torque 最大扭矩,施加过大的扭矩势必加大螺栓的塑性变形,安全余量应考虑:

2、扭紧方法的精度 螺栓的质量,最大的螺栓允许扭矩,7,最大扭矩点,8,ISO5393 螺栓连接的硬度,硬连接 720,扭矩,100%,螺栓开始受力,720, 角度,硬,软,0,5%,达到目标扭矩,8,9,螺栓的夹紧力和张力,10,CLAMPING FORCE 夹紧力,Clamping force 夹紧力,TENSION 张力,TORSION 扭力,TENSION张力 = CLAMPING FORCE夹紧力,Objective目的 Create a CLAMPING FORCE 创建一个夹紧力,10,张力与夹紧力：大小相等，方向相反！,11,控制安装 扭矩,生产中真正需要的是控制夹紧力螺栓的张力,

3、目前还没有可行的手段 控制影响夹紧力的其他参数,只能使用：,12,TENSION 产生张力 10%,TORSION 扭力100,THREAD FRICTION 螺纹摩擦力40%,Efforts Repartition 影响因素,CLAMPING FORCE 夹紧力,HEAD FRICTION 螺帽摩擦力50 %,只有10的扭矩被用来产生了张力！,TORQUE = TENSION + FRICTION,100 10% 90%,12,扭矩 张力 摩擦力,13,应用于拧紧过程中的扭矩分配,40% 10% 50%,14,螺纹摩擦系数,虽然摩擦力不符合需要，但它可以防止螺栓因震动引起的松动,15,螺栓张

4、力、摩擦力和扭力,上紧力: F (10%) 摩擦力: (90%) 摩擦力取决于: 表面条件（如光洁度） 部件的几何形状 润滑油 接合处弹性系数: K T（螺栓张力） = K F,例如，如果接合处的摩擦力系数从0.18(干燥）变到0.14(轻微涂油） 。对于同样 的安装扭矩，夹紧力会提高28% 。,16,结论：,如果其它工艺条件没有得到控制， 那么仅仅控制扭矩是无用的。认识到这点很重要！,这也就导致人们坚持不懈的去研究扭紧的策略,螺栓拧紧策略基本原理介绍,18,拧紧过程分析角度与扭矩的关系,套筒与紧固件结合 (寻帽). 快速拧紧. 弹性区域. 半弹性区域. 塑性区域.,门限扭矩,快速拧紧,扭矩,

5、角度,弹性 区域,线性区域,搜寻,屈服点,最终拧紧,DC,Da,塑性 区域,半弹性区域,19,螺栓拧紧策略扭矩控制,扭矩控制扭矩控制 + 角度监测角度控制 + 扭矩监测屈服点策略电流 + 角度摩擦力扭矩连续扭矩,20,扭矩控制 拧紧过程分析,21,扭矩控制 螺栓张力的精度,扭矩 Nm,张力 KN,10,20,20,30,40,50,60,40,60,80,100,120,最终扭矩 2%,中度浸油,充分浸油,干燥 / 无油,张力散布 50%,22,扭矩控制策略的效果,方法简单，普通拧紧工具均可。 尽管扭矩的重复性和准确度可以控制的很好，但这种方法却不能检测出紧固件的任何问题（不能防错/纠错）张力

6、波动能够超过 50%.检查不出连接的缺陷 (螺栓长短，螺栓尺寸错误 ),23,扭矩控制不能做到防错/纠错,24,应用扭矩控制策略:,所有不涉及安全方面的拧紧： 车体组件 仪表盘 汽车零部件黑白家电 (如洗衣机 ) 其他,25,扭矩控制扭矩控制 + 角度监测角度控制 + 扭矩监测屈服点策略电流 + 角度摩擦力扭矩连续扭矩,螺栓拧紧策略扭矩控制角度监测,26,扭矩控制 + 角度监测,最终角度,角度,最大.,最小.,安全角度,27,合格的拧紧,扭矩,角度 门限,扭矩变化率分散 导致公差很大,目标扭矩,最大.,最小.,角度,最小设 定角度,安全角度,1,2,3,3种不同的扭矩变化率,最大设 定角度,2

7、8,不合格的拧紧,扭矩,角度 门限,正确的扭矩范围,目标 扭矩,最大.,最小.,角度,最大角度,最小角度,安全角度,不合格,不合格,孔洞不能完全填满螺栓尺寸太大目标扭矩中止转动,低质量螺栓 (延伸)螺栓尺寸小螺纹磨损安全角度中止转动,29,扭矩控制角度监测张力的精度,扭矩 Nm,张力 KN,10,20,20,30,40,50,60,40,60,80,100,120,适中涂油，角度值居中,完全涂油，较高角度值,粗糙/没有涂油 角度值较低,张力散布 50%,最终扭矩 2%,30,扭矩控制角度监测策略的效果:,重复精度和准确度与扭矩控制一样， 但可以容易地检查出紧固件摩擦系数的变化 （螺栓尺寸大，螺

8、栓质量差等） 张力波动范围是 50%.,31,角度检测可以识别螺栓在扭紧过程中错误,扭矩控制和角度监测策略效果:,32,安全密切相关的安装无需特殊张力精度要求 或将来不太可能再拧紧的装配: 车轮安装 前后轮榖总成 车身副车架连杆 发动机装配 变速箱装配,应用：扭矩角度控制策略:,33,扭矩控制扭矩控制 + 角度监测角度控制 + 扭矩监测屈服点策略电流 + 角度摩擦力扭矩连续扭矩,螺栓拧紧策略角度控制扭矩监测,34,角度扭矩的扭紧过程分析,门限,时间,扭矩,扭矩发展,最终扭矩,最终角度,峰值扭矩,角度,最大.,最小.,角度发展,最大.,最小.,目标角度,拧紧 + 拧紧轴转动,拧紧轴转矩,35,合

9、格的扭紧曲线,3种不同的扭矩变化率,扭矩,角度门限,最终扭 矩窗口,目标角度,最小监 测扭矩,角度,最大设 定角度,最小设 定角度,最大监 测扭矩,1,2,3,36,不合格曲线,扭矩,角度 门限,安全扭矩,最终扭 矩窗口,目标角度,角度,最小设 定角度,最大监 测扭矩,不合格,不合格,螺栓滑丝螺栓尺寸过大,目标窗口,最大设 定角度,最小监 测扭矩,37,角度扭矩 = 螺栓张力的精度,角度,张力 KN,10,20,20,30,40,50,60,40,60,80,100,120,中度涂油，角度值适中,完全涂油，角度值偏高,粗糙/不涂油,张力散布 15 to 25%,最终角度 3%,38,角度控制扭

10、矩监测策略的效果:,和前述拧紧策略比较：有较好的张力的重复精度和准确度 也能检测出拧紧过程中的异常现象 根据不同的摩擦系数和装配弹性， 张力的精度在 15 25%之间,39,应用角度拧紧扭矩监测:,安全密切相关的部件或发动机内的高可靠性部件: 连杆和发动机主轴承 飞轮 发动机汽缸盖 刹车盘卡钳 转向器部件,40,扭矩控制扭矩控制 + 角度监测角度控制 + 扭矩监测屈服点控制策略电流 + 角度摩擦力扭矩连续扭矩,螺栓拧紧策略屈服点控制,41,Maximum torque 最大扭矩,41,42,原理监测扭矩变化率,43,屈服点策略的效果:,螺栓张力直接取决于机械特性。因此重复性和准确度都要优于角度

11、和扭矩控制的拧紧策略，它同样也能探测出拧紧缺陷。 它可以在最大安全限度内发挥螺栓的最好性能，从而得到最好的装配效果。,44,安全紧密相关的部件或发动机内高可靠性要求的部件:制动器 发动机汽缸盖 液压泵,应用屈服点控制策略,45,总结,扭矩控制 易于实现，便于控制 张力散布较大（50%），不能鉴别螺栓的异常状态。扭矩控制 + 角度监测 张力散布仍然较大（50%），但可以鉴别螺栓的异常状态。角度控制 + 扭矩监测 螺栓扭紧与摩擦力无关。 螺栓张力散布较小（1525%），也可以鉴别螺栓的异常状态。屈服点控制策略 螺栓张力直接取决于机械特性。因此重复性和准确度都要优于角度和扭矩控制的拧紧策略，它同样也

12、能探测出拧紧缺陷。,常用扭紧工具特性介绍,47,Impact tools 冲击扳手,精度 : 3050%,硬连接,中性连接,软连接,流行度,360,主要优势. 较宽的扭矩范围 (10 to 5000Nm) 较低的反作用力 高功率重量比,通过冲击器输出旋转加冲击，具有 较高的功率重量比,反作用力,功率重量比,振动,环境清洁度,噪音,47,48,Impulse tools 液压脉冲气扳机,精度 : 10 15%,360,主要优势. 较宽的扭矩范围 (3.2 to 450Nm) 无反作用力 高的功率重量比 扭矩可调,由高压油脉冲冲击扳轴产生旋转加冲击的效果,48,反作用力,功率重量比,振动,环境清洁

13、度,噪音,硬连接,中性连接,软连接,流行度,49,Shut-off nutrunners 离合器工具,精度: 7 to 10%,360,主要优势. 多用途的工具 易于维护 精度高,通过机械离合器调节输出扭矩,49,硬连接,中性连接,软连接,流行度,反作用力,功率重量比,振动,环境清洁度,噪音,50,Current control 电流型电动扭紧系统,360,精度 : 5 % to 7%,主要优势. 多扭紧策略 输出结果 环保,利用电流来控制扭矩的工具,50,反作用力,功率重量比,振动,环境清洁度,噪音,硬连接,中性连接,软连接,流行度,51,Torque control 传感器型电动扭紧系统,

14、360,精度 : 3% to 5%,主要优势. 保证扭矩质量 真实的扭矩显示 多扭紧策略 环保,利用内置传感器来控制扭矩的工具,51,反作用力,功率重量比,振动,环境清洁度,噪音,硬连接,中性连接,软连接,流行度,52,工具选择,Basis on tightening technicsTool technologiesHow to select the right tool 任何选择扭紧工具,52,53,Classification of assembly system螺栓连接的分级,53,54,Desoutter tools positionning 工具的定位,TORQUE OK,TORQUE+ BATCH OK,JOINT + BATCH OK,JOINT +BATCH OK +STORE,100 % GUARANTY,JOINT OK,CLUTCH - HAMMER,CURRENT - TORQUE,STORE RESULTS,TORQUE,54,55,More Than Productivity,56,拧紧策略,扭矩控制 扭矩控制 + 角度监测 角度控制 + 扭矩监测 屈服点策略 电流 + 角度 摩擦力扭矩 连续扭矩,57,特点:,施加扭矩和为获得该扭矩而流经电机的电流有直接的关系经过标定，消耗电流可以取代扭矩传感器无需扭矩传感器扭矩精度比带扭矩传感器的工具稍低,